| 研究概要 |
噴霧火炎中において,レーザシート光による火炎内の噴霧断層可視化と高空間分解能を有するカセグレン受光学系を用いた火炎中の局所ラジカル自発光を同時に測定し,噴霧領域と燃焼反応領域の位置関係を調べた.また,位相ドップラ計(PDA)とラジカル自発光の同時測定を行い,火炎中の局所の噴霧特性と燃焼反応強度の相互関係を調べた.さらに,噴霧火炎中の流れ場計測と局所からのラジカル自発光計測を同時に行い,噴霧の消失速度および燃焼速度を求めた.その結果,以下の結果を得た.1.噴霧火炎には,噴霧領域と燃焼反応領域が重畳した厚い反応帯が存在する.2.噴霧火炎には予混合的な燃焼反応領域と拡散燃焼反応領域が存在する.3.噴霧の局所特性の空間的・時間的な変動により,火炎伝ぱに最適な局所噴霧特性を有する噴霧領域を選択的に火炎が伝ぱする.
噴霧火炎における乱流場と火炎構造の相互作用を把握することを目的として,0.1MWのガンタイプバーナを用い,定常噴霧火炎内の燃料噴霧の流速・粒径計測のPDAによる時系列計測を行い,粒径毎の時間平均的な乱流特性とストークス数を求めた.その結果を用いて,保炎特性と乱流渦による液滴の混合状態を解析した.PIVにより噴霧乱流場の空間分布を把握した.さらに,粒径検知型PIVの開発を行い,粒径に依存した特徴的な噴霧の瞬時的な空間構造を示すことに成功した.局所火炎発光の分光計測を行い,空間的なラジカル発光強度(OH^*,CH^*,C2^*)分布を求め,油滴濃度分布との相関を明らかにした.さらに,自発光強度,油滴粒滴・速度の時系列相関から,外部群燃焼内部群燃焼への遷移を把握した.
燃料濃度の不均一性の化学種の生成・消滅に与える影響について調査するため,中心部に設置した焼結金属製のフィルタにより任意の燃料濃度場が作成できる定容容器を用いて実験を行った.燃料濃度分布の可視化のために,Nd:YAGレーザとOPOシステムを使用し,一酸化窒素をトレーサとし,LIF法を用いて生成化学種の可視化を行なった.種々の燃料濃度分布において,シャドウグラフ撮影を行ない,不均一濃度分布の火炎伝ぱ速度への影響を調べた.また,排気ガス計測を行ない,燃料濃度の不均一性とNOx,未燃HCの排出濃度を計測した.
非定常噴霧の構造解析と燃焼機構(噴霧構造のモデリング)を行うため,蒸発噴霧の流動解析により燃料と空気の混合過程の解明を目的とし流動解析実験を行なった.実験には実機関の燃焼室内の条件を模擬できる定容容器とDouble Pulse Nd:YAGレーザ,およびPIVシステム(クロスコリレーションカメラ,レーザパルスシンクロナイザを用いた.また,噴霧液相部からの散乱信号をトレーサとした噴霧流動実験に加え,あらかじめ窒素雰囲気中に混入したシード粒子からの散乱信号をトレーサとした噴霧周囲気体の流動実験も行なった.これより得られた噴霧と周囲気体の流動の相関から噴霧と周囲気体との運動量交換過程の解析を行なった.
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